Исследование свойств полупроводников

Лабораторная работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
Вариант № 1
1. Для простейшей кубической решетки изобразить плоскость (120).
2. Для кремния n-типа с концентрацией примеси ND = 1·1024 м-3 (Т = 300 К)
определить:
− значение потенциала Ферми;
− положение уровня Ферми относительно верхнего энергетического уровня
валентной зоны;
− концентрацию неосновных носителей;
− удельное сопротивление кремния с собственным типом проводимости и
примесного полупроводника (Si-n);
− изобразить
зонные
диаграммы
собственного
и
примесного
полупроводника.
3. Определить среднюю скорость дрейфа основных и неосновных носителей
заряда, если к образцу кремния n-типа (ND = 1·1024 м-3) приложено внешнее
электрическое поле напряженностью 1000 В/м.
4. Определить диффузионную длину Ln и коэффициент диффузии Dn
электронов в кремнии (ND = 1·1024 м-3 ,Т = 300 К), если время жизни τn = 5 мкс,
подвижность µn = 0,135 м2/(В·с).
5. В Si выполнен плавный p-n-переход. Концентрация примеси вблизи перехода
изменяется от NA = 1024 м-3 до ND = 1022 м-3 на отрезке ∆x = 10-6 м.
Определить:
− высоту потенциального барьера;
− толщину области пространственного заряда l0;
− удельную емкость перехода в равновесном состоянии и при условии
прямого смещения (+0,6 В);
− максимальную напряженность электрического поля в ОПЗ.
Нарисовать зонные диаграммы слоев и p-n-перехода в равновесном
состоянии и при условии прямого смещения (+0,6 В).
Построить график зависимости напряженности электрического поля в ОПЗ
от координаты x.
6. В Si создан p-n-переход.
Удельное сопротивление области p-типа ρp = 10-3 Ом·м, удельное
сопротивление области n-типа ρn = 10-2 Ом·м. Подвижность электронов µn =
0,12 м2/(В·с), дырок – µp = 0,03 м2/(В·с). Площадь p-n-перехода S = 100 мкм2.
При Т = 300 К рассчитать:
− обратный ток насыщения;
− отношение дырочной составляющей обратного тока насыщения к
электронной составляющей (диффузионная длина электронов Ln = 10-4 м,
дырок – Lp = 5·10-5 м);
− напряжение прямого смещения, при котором прямой ток равен 100 мкА.
Построить график идеальной ВАХ.
Лабораторная работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
Вариант № 2
1. Для простейшей кубической решетки изобразить плоскость (121).
2. Для кремния p-типа с концентрацией примеси NA = 1·1022 м-3 (Т = 300 К)
определить:
− значение потенциала Ферми;
− положение уровня Ферми относительно верхнего энергетического уровня
валентной зоны;
− концентрацию неосновных носителей;
− удельное сопротивление кремния с собственным типом проводимости и
примесного полупроводника (Si-p);
− изобразить
зонные
диаграммы
собственного
и
примесного
полупроводника.
3. Определить среднюю скорость дрейфа основных и неосновных носителей
заряда, если к образцу кремния p-типа (NA = 1·1022 м-3) приложено внешнее
электрическое поле напряженностью 800 В/м.
4. Определить диффузионную длину Lp и коэффициент диффузии Dp дырок в
кремнии (NA = 1·1022 м-3 ,Т = 300 К), если время жизни τp = 1 мкс, подвижность
µp = 0,05 м2/(В·с).
5. В Si выполнен ступенчатый p-n-переход. Концентрации примесей областей
NA = 1024 м-3 и ND = 1022 м-3.
Определить:
− высоту потенциального барьера;
− толщину области пространственного заряда l0;
− удельную емкость перехода в равновесном состоянии и при условии
обратного смещения (– 5 В);
− максимальную напряженность электрического поля в ОПЗ.
Нарисовать зонные диаграммы слоев и p-n-перехода в равновесном
состоянии и при условии обратного смещения (– 5 В).
Построить график зависимости напряженности электрического поля в ОПЗ
от координаты x.
6. В Si создан p-n-переход.
Удельное сопротивление области p-типа ρp = 5·10-3 Ом·м, удельное
сопротивление области n-типа ρn = 4·10-4 Ом·м. Подвижность электронов µn =
0,045 м2/(В·с), дырок – µp = 0,03 м2/(В·с). Площадь p-n-перехода S = 200 мкм2.
При Т = 300 К рассчитать:
− обратный ток насыщения;
− отношение дырочной составляющей обратного тока насыщения к
электронной составляющей (диффузионная длина электронов Ln = 10-4 м,
дырок – Lp = 4·10-5 м);
− напряжение прямого смещения, при котором прямой ток равен 50 мкА.
Построить график идеальной ВАХ.
Лабораторная работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
Вариант № 3
1. Для простейшей кубической решетки изобразить плоскость (211).
2. Для кремния n-типа с концентрацией примеси ND = 1·1023 м-3 (Т = 300 К)
определить:
− значение потенциала Ферми;
− положение уровня Ферми относительно верхнего энергетического уровня
валентной зоны;
− концентрацию неосновных носителей;
− удельное сопротивление кремния с собственным типом проводимости и
примесного полупроводника (Si-n);
− изобразить
зонные
диаграммы
собственного
и
примесного
полупроводника.
3. Определить среднюю скорость дрейфа основных и неосновных носителей
заряда, если к образцу кремния n-типа (ND = 1·1023 м-3) приложено внешнее
электрическое поле напряженностью 1200 В/м.
4. Определить диффузионную длину Ln и коэффициент диффузии Dn
электронов в кремнии (ND = 1·1023 м-3 ,Т = 300 К), если время жизни τn = 2 мкс,
подвижность µn = 0,11 м2/(В·с).
5. В Si выполнен плавный p-n-переход. Концентрация примеси вблизи перехода
изменяется от NA = 1023 м-3 до ND = 1021 м-3 на отрезке ∆x = 10-6 м.
Определить:
− высоту потенциального барьера;
− толщину области пространственного заряда l0;
− удельную емкость перехода в равновесном состоянии и при условии
обратного смещения (– 4 В);
− максимальную напряженность электрического поля в ОПЗ.
Нарисовать зонные диаграммы слоев и p-n-перехода в равновесном
состоянии и при условии обратного смещения (– 4 В).
Построить график зависимости напряженности электрического поля в ОПЗ
от координаты x.
6. В Si создан p-n-переход.
Удельное сопротивление области p-типа ρp = 2·10-3 Ом·м, удельное
сопротивление области n-типа ρn = 6·10-5 Ом·м. Подвижность электронов µn =
0,02 м2/(В·с), дырок – µp = 0,026 м2/(В·с). Площадь p-n-перехода S = 140 мкм2.
При Т = 300 К рассчитать:
− обратный ток насыщения;
− отношение дырочной составляющей обратного тока насыщения к
электронной составляющей (диффузионная длина электронов Ln = 10-4 м,
дырок – Lp = 2·10-5 м);
− напряжение прямого смещения, при котором прямой ток равен 60 мкА.
Построить график идеальной ВАХ.
Лабораторная работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
Вариант № 4
1. Для простейшей кубической решетки изобразить плоскость (102).
2. Для кремния p-типа с концентрацией примеси NA = 5·1022 м-3 (Т = 300 К)
определить:
− значение потенциала Ферми;
− положение уровня Ферми относительно верхнего энергетического уровня
валентной зоны;
− концентрацию неосновных носителей;
− удельное сопротивление кремния с собственным типом проводимости и
примесного полупроводника (Si-p);
− изобразить
зонные
диаграммы
собственного
и
примесного
полупроводника.
3. Определить среднюю скорость дрейфа основных и неосновных носителей
заряда, если к образцу кремния p-типа (NA = 5·1022 м-3) приложено внешнее
электрическое поле напряженностью 2000 В/м.
4. Определить диффузионную длину Lp и коэффициент диффузии Dp дырок в
кремнии (5·1022 м-3 ,Т = 300 К), если время жизни τp = 6 мкс, подвижность µp =
0,03 м2/(В·с).
5. В Si выполнен ступенчатый p-n-переход. Концентрации примесей областей
NA = 1023 м-3 и ND = 1021 м-3.
Определить:
− высоту потенциального барьера;
− толщину области пространственного заряда l0;
− удельную емкость перехода в равновесном состоянии и при условии
прямого смещения (+0,5 В);
− максимальную напряженность электрического поля в ОПЗ.
Нарисовать зонные диаграммы слоев и p-n-перехода в равновесном
состоянии и при условии прямого смещения (+0,5 В).
Построить график зависимости напряженности электрического поля в ОПЗ
от координаты x.
6. В Si создан p-n-переход.
Удельное сопротивление области p-типа ρp = 1,5·10-2 Ом·м, удельное
сопротивление области n-типа ρn = 9·10-4 Ом·м. Подвижность электронов µn =
0,07 м2/(В·с), дырок – µp = 0,04 м2/(В·с). Площадь p-n-перехода S = 100 мкм2.
При Т = 300 К рассчитать:
− обратный ток насыщения;
− отношение дырочной составляющей обратного тока насыщения к
электронной составляющей (диффузионная длина электронов Ln = 10-4 м,
дырок – Lp = 5·10-5 м);
− напряжение прямого смещения, при котором прямой ток равен 100 мкА.
Построить график идеальной ВАХ.
Лабораторная работа № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
И ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЕРЕХОДОВ
Вариант № 5
1. Для простейшей кубической решетки изобразить плоскость (210).
2. Для кремния n-типа с концентрацией примеси ND = 5·1021 м-3 (Т = 300 К)
определить:
− значение потенциала Ферми;
− положение уровня Ферми относительно верхнего энергетического уровня
валентной зоны;
− концентрацию неосновных носителей;
− удельное сопротивление кремния с собственным типом проводимости и
примесного полупроводника (Si-n);
− изобразить
зонные
диаграммы
собственного
и
примесного
полупроводника.
3. Определить среднюю скорость дрейфа основных и неосновных носителей
заряда, если к образцу кремния n-типа (ND = 5·1021 м-3) приложено внешнее
электрическое поле напряженностью 1500 В/м.
4. Определить диффузионную длину Lp и коэффициент диффузии Dp дырок в
кремнии (ND = 5·1021 м-3 ,Т = 300 К), если время жизни τp = 1 мкс, подвижность
µp = 0,05 м2/(В·с).
5. В Si выполнен ступенчатый p-n-переход. Концентрации примесей областей
NA = 1022 м-3 и ND = 1020 м-3.
Определить:
− высоту потенциального барьера;
− толщину области пространственного заряда l0;
− удельную емкость перехода в равновесном состоянии и при условии
прямого смещения (+0,7 В);
− максимальную напряженность электрического поля в ОПЗ.
Нарисовать зонные диаграммы слоев и p-n-перехода в равновесном
состоянии и при условии прямого смещения (+0,7 В).
Построить график зависимости напряженности электрического поля в ОПЗ
от координаты x.
6. В Si создан p-n-переход.
Удельное сопротивление области p-типа ρp = 4·10-3 Ом·м, удельное
сопротивление области n-типа ρn = 4·10-4 Ом·м. Подвижность электронов µn =
0,045 м2/(В·с), дырок – µp = 0,03 м2/(В·с). Площадь p-n-перехода S = 160 мкм2.
При Т = 300 К рассчитать:
− обратный ток насыщения;
− отношение дырочной составляющей обратного тока насыщения к
электронной составляющей (диффузионная длина электронов Ln = 10-4 м,
дырок – Lp = 4·10-5 м);
− напряжение прямого смещения, при котором прямой ток равен 100 мкА.
Построить график идеальной ВАХ.